Balance y Eficiencia del uso del nitrógeno y su relación con la

RECURSOS NATURALES
Balance y Eficiencia del uso del nitrógeno y su
relación con la extensificación de la producción
ganadera en Europa
Ing. Agr. MSc. Dr. Francisco Dieguez
Plan Agropecuario
La producción ganadera, como cualquier actividad humana, afecta de
alguna manera al medioambiente,
sobre todo en sistemas de producción intensivos. La realidad de producción europea -contrastante en
Foto: Plan Agropecuario
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muchos aspectos a nuestros sistemas de producción- requirió que se
tomaran medidas debido a los altos niveles de contaminación que El porqué de la extensificación
genera la ganadería. Asimismo, el
público en general prefiere, cada
vez más, carne “natural” y una producción “respetuosa del medioambiente”, donde los sistemas extensivos –como los nuestros- tienen
una ventaja comparativa. En este
artículo presentamos algunos resultados de la extensificación de
sistemas criadores en Bélgica, haciendo hincapié en su eficiencia de
utilización del nitrógeno como medida de impacto ambiental.
en el contexto europeo.
En los años 50 la utilización de agroquímicos tuvo un crecimiento explosivo a nivel mundial, debido al aumento
de la productividad por hectárea. Esto
se da ya sea por aportar nutrientes limitantes para el crecimiento de especies forrajeras (fertilizantes), como por
eliminar la competencia de malezas,
o el daño de las plagas y enfermedades (herbicidas, plaguicidas, funguicidas…). El problema surge unas décadas después, cuando se observó que
los agroquímicos pueden producir un
impacto desfavorable en el ambiente,
si se usan desmesuradamente.
Dentro de los impactos negativos de
agroquímicos se encuentran:
• La reducción de la biodiversidad de
los sistemas de producción, es decir
la reducción de especies animales y
vegetales que se encuentran en el
suelo.
• La generación de especies resistentes a los productos químicos utilizados, lo que implica que se deban
utilizar dosis más altas de producto o
la utilización de otras fórmulas.
• La eliminación de otras especies
no perjudiciales, e incluso beneficiosas para la producción, como insectos
polinizadores.
• La afectación del ecosistema en
general, como por ejemplo por el
exceso de nutrientes que produce la
eutrificación del agua favoreciendo el
crecimiento de ciertas algas.
En la década del 70 se comienza a
trabajar sobre el control biológico,
aprovechando y fomentando las relaciones naturales que existen entre
especies, como es el caso del control
de ciertos insectos por arañas. Asi
mismo, se intentó fomentar el uso de
rotaciones de pasturas con cultivos
y posteriormente la siembra directa
para mantener las propiedades físicas
del suelo reduciendo los laboreos y
favoreciendo la persistencia de especies perennes que mejoran la agregación de materia orgánica al suelo por
acción de las raíces, así como su fertilidad, por el aporte de nitrógeno por
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La fijación biológica de nitrógeno en praderas que contengan
leguminosas (como trébol, lotus
o alfalfa…) es del orden de 30 a
100 kg de nitrógeno por hectárea por año, dependiendo de la
proporción de leguminosas que
existan en la pradera.
es uno de los limitantes en la formación de músculo y por ende en la producción de carne.
El ciclo del nitrógeno en sistemas
ganaderos en pastoreo
El movimiento del nitrógeno dentro
de los sistemas en pastoreo es relativamente complejo, donde se diferencian ciertos “puestos” que interaccionan entre sí, conformando lo que se
llama “eje suelo-planta-animal”.
En una descripción sencilla, un puesto es el animal, que consume nitrógeno de los alimentos y excreta parte de
él en orina y heces; otro puesto es el
suelo, que sirve como reservorio de
nitrógeno mineral para la utilización
de los vegetales y sirve como medio
físico para varias reacciones químicas
de transformación del nitrógeno que
implica la actividad de los microorganismos del suelo.Un tercer puesto son
los vegetales, que aportan nutrientes a
los animales e interactúan con el suelo.
Dentro de los vegetales componentes
de una pastura diferenciamos las de
gramíneas y las compuestas de leguminosas, ya que estas últimas tienen la
posibilidad de fijar nitrógeno del aire en
sus raíces, por acción de bacterias que
Las principales entradas de
nitrógeno al sistema corresponden con:
1) La fertilización nitrogenada,
2) La fijación biológica por leguminosas y bacterias del suelo,
3) Los aportes de nitrógeno por
la lluvia
4)El nitrógeno que existe en los
alimentos, si se complementa
con ración.
Figura 1. Ciclo del nitrógeno en sistemas de producción ganadera en pastoreo.
Volatilización
Desnitrificación
Productos animales
Fertilización
Alimentos complementarios
Fijación biológica
Aportes por lluvia
Metabolismo
del animal
Excreción
Orina
Organización
Nitrógeno mineral del suelo
Amonio
Nitrificación
rio
Mineralización
Absorción por raíces
pe
cu
a
Materia orgánica del
suelo y biomasa
microbiana
Ingestión
nA
gro
Heces
Senescencia
vegetal
Pla
parte de las leguminosas.
A partir de los años 90 se definió en
la Política Agrícola Común (PAC) de la
Comunidad Económica Europea, una
serie de normas de “buenas prácticas agrícolas” con el fin de disminuir
el impacto negativo que puede tener
la producción animal en el medio ambiente.
Estas normas incluyen, entre otras,
el manejo de efluentes y camas de
animales -ya que en algunos países
como Bélgica, gran parte del año los
animales están en establo debido a
las condiciones climáticas-, estableciéndose también normas de épocas
y dosis de fertilizaciones químicas.
También, se definieron primas a la
extensificación, donde los productores que declararan una carga anual
promedio inferior a 1,4 Unidades Ganaderas/hectárea serían beneficiarios
de un subsidio estatal, límite que
refleja las altas dotaciones que presentan algunos sistemas ganaderos
europeos.
Hacia el año 2000, la producción
animal intensiva en su conjunto fue
cuestionada por la opinión pública
europea, cuyos detonantes fueron
casi simultáneos: crisis de la aftosa,
aparición de casos de “enfermedad
de la vaca loca” y contaminación con
dioxinas en raciones animales.
Los consumidores europeos demandaron mayores garantías en la
seguridad alimentaria, hecho que se
traduce hoy en día con el establecimiento de la trazabilidad en la cadena
de producción cárnica, así como la
demanda de una producción de tipo
“natural”. Actualmente, el apoyo de
la PAC, con primas y subsidios está
tendiendo a disminuir y desaparecer,
pero presenta un precedente del interés de los Estados europeos en
establecer normas de control de la
producción en lo que refiere a su impacto ambiental.
En el presente artículo revisaremos algunos aspectos del impacto
ambiental de la producción desde el
punto de vista del ciclo del nitrógeno,
que en grandes rasgos, se puede definir como un elemento fundamental
para la producción ganadera ya que
ENTRADAS
SALIDAS
FLUJOS INTERNOS
Lixiviación
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Las Salidas de nitrógeno del sistema corresponden con:
1) las pérdidas de nitrógeno:
a. volatilización, sobre todo en fertilizantes en base a
urea, donde se libera a la atmósfera amonio gaseoso.
b.desnitrificación, donde se elimina a la atmósfera nitrógeno gaseoso y/o nitrato.
c. lixiviación o lavado de nitrato soluble en agua, que
va hacia las corrientes de agua superficiales y aguas
profundas.
2) el nitrógeno retenido en el producto, sea carne o lana,
que también sale del sistema en algún momento.
alojan en sus nódulos. También existen
bacterias fijadoras de nitrógeno que
habitan libres en el suelo.
Al proceso de transformación del
nitrógeno del aire en compuestos
químicos solubles por intermedio de
la acción de bacterias se le denomina “fijación biológica de nitrógeno”.
Se definirá un sistema, poniéndole
un límite que puede ser una hectárea o un establecimiento entero, por
lo que habrá Entradas y Salidas de
nitrógeno a dicho sistema, así como
Flujos Internos (ver figura 1).
El límite del sistema es arbitrario ya
que este sistema formará parte de
uno mayor, por ejemplo la localidad,
y a su vez de otro mayor… un país,
una región, un continente.
El flujo de nitrógeno es global, pero
a los efectos prácticos nos interesará definir y delimitar un sistema productivo.
Dentro de las interacciones entre
puestos o Flujos Internos, mencionaremos: la ingestión del nitrógeno
alimentario (ya sea de la pastura o
de la ración); el metabolismo del rumiante que implica movimiento de
nitrógeno en órganos del animal,
como el rumen, hígado, músculos…
y resulta en la formación de proteína
animal (carne, lana) y en la excreción
de nitrógeno en orina y heces.
Se entiende por Balance de Nitrógeno a la
diferencia entre las Entradas y las Salidas de
nitrógeno. Cuando el Balance de Nitrógeno es
positivo ocurre que las Entradas son mayores
que las Salidas, cuando el Balance de negativo,
sucede lo inverso.
La Eficiencia de Utilización del Nitrógeno es
la relación entre las Salidas y las Entradas de
nitrógeno. Si las Entradas de nitrógeno son
muy superiores a las Salidas se espera que la
Eficiencia de Utilización sea baja.
Este nitrógeno en heces, junto
con el nitrógeno de la senescencia
–muerte- vegetal se devuelve al suelo formando parte de su materia orgánica , siendo el nitrógeno en orina
principalmente inorgánico.
La acción de los microorganismos
del suelo produce un equilibrio dinámico entre el nitrógeno orgánico e
inorgánico, con procesos de mineralización, organización y nitrificación en el suelo. Además, todos los
procesos son afectados por el clima,
principalmente las transformaciones
químicas en el suelo y el crecimiento vegetal, afectadas por las lluvias y
temperatura.
En rasgos generales, debido a la alta
solubilidad del nitrógeno en agua y a
que la mayor cantidad de transformaciones químicas son llevadas a cabo
por microorganismos, dichas transformaciones se llevarán a cabo con
mayor velocidad en condiciones de
temperaturas medias a altas y con
suficiente humedad en el suelo. Condiciones de seca o muy bajas temperaturas “inmovilizan” el nitrógeno en
el suelo y lo hacen menos disponible
para el crecimiento vegetal.
Balance y Eficiencia del uso del
nitrógeno en sistemas en pastoreo
Los sistemas de producción gana-
dera en pasturas son intrínsecamente ineficientes, es decir que existen
grandes pérdidas de nitrógeno al
ambiente y poco del nitrógeno que
entra a los sistemas es retenido en
los productos animales.
Estas pérdidas ocurren siempre y
son inevitables, por lo que se maneja el concepto de producción óptima
en contraste con la producción máxima.
Para sistemas productivos en los
que se aplica fertilización nitrogenada, se estima que la eficiencia de
utilización del nitrógeno es del orden del 30%, es decir que el 70%
restante del nitrógeno que se aplica
sale del sistema, se pierde hacia el
ambiente.
Este exceso de nitrógeno que se
pierde en forma gaseosa aumenta
la concentración de gases en la atmósfera lo que provoca el “efecto
invernadero”. El exceso de formas
solubles en agua provoca la contaminación por nitrato (tóxico para humanos) y la eutrificación del agua.
Como la fertilización nitrogenada
es uno de los ingresos principales
de nitrógeno a los sistemas intensivos, la reducción de la fertilización
lleva a una reducción de las pérdidas
hacia el ambiente y un aumento en
su eficiencia de utilización.
RECURSOS NATURALES
Cuadro 1
Dotación y dosis de fertilizante nitrogenado según nivel de intensificación
Protocolo del ensayo
Normal
Nitrógeno Reducido
Cero Nitrógeno
Fertilización (kg N/ha/año)*
202
135
0
Dotación Total (UG/há)
4,7 4,7 3,5
*Nitrato de amonio 27%, fraccionada en 4 aplicaciones
Gráfico 1. Ganancia de Peso Vivo según el nivel de intensificación
440
140
120
100
80
60
40
20
0
420
400
380
360
340
320
Normal
Nitrógeno
Reducido
por hectárea
por cabeza
Cero
Nitrógeno
Cuadro 2
Producción de Materia Seca/hectárea según el nivel de intensificación.
Normal
Nitrógeno
Reducido Ton MS/há
11,7
11,4
Cuadro 3
Entradas, Salidas y Balance de nitrógeno según nivel de intensificación.
Normal
Nitrógeno
Reducido
kg N/há/año
kg N/há/año
ENTRADAS DE
Lluvia
NITRÓGENO
Fertilización
Fijación Biológica
Alimento
Entradas Totales
SALIDA DE NITRÓGENO*
BALANCE
10
202
52 13
277
12 265
ganancia por cabeza (kg/cab)
En el cuadro Nº1 se presentan los
protocolos de la experiencia realizada
en vacas de cría con ternero al pie de
raza Blanco Azul Belga, realizado en
la Facultad de Veterinaria de Lieja,
Bélgica.
Los diferentes niveles de intensificación corresponden con:
• Un tratamiento “Normal” con
niveles de fertilización y dotación
habituales para esos sistemas productivos.
• Un tratamiento “Nitrógeno Reducido”, con una reducción de un tercio
en la fertilización nitrogenada e igual
dotación que el tratamiento Normal.
• Un tratamiento “Cero Nitrógeno”,
sin aplicación de fertilizante químico y
con dotación reducida.
Todos los años se pastorearon praderas compuestas principalmente por
Raigrás y Trébol Blanco, desde abril a
octubre (primavera a otoño en el hemisferio norte), épocas de pastoreo
habituales ya que en invierno se congela el suelo y los animales entran a
establo.
Las vacas fueron complementadas
con silo de maíz, consumiendo en promedio 180 kg/cabeza durante todo el
período y los terneros fueron complementados con ración comercial, consumiendo en promedio 20 kg/cabeza
también durante todo el período.
El gráfico 1 presenta los resultados
obtenidos para la ganancia de peso
vivo por hectárea y por cabeza, según
los tres niveles de intensificación de los
sistemas.
La producción de forraje, expresada como toneladas de materia seca
por hectárea es similar entre los
sistemas Normal y Nitrógeno Reducido, diferenciándose ambos del tratamiento Cero Nitrógeno (ver cuadro
2).
Los resultados de ganancia de peso
vivo indican que en el sistema Cero
Nitrógeno, la producción individual
presenta mayores valores, mientras
que la producción por hectárea es
menor, como consecuencia de la
menor dotación.
Para los sistemas con aplicación de
fertilizante nitrogenado, la produc-
Foto: Plan Agropecuario
Resultados de una experiencia
ganancia por hectárea (kg/há)
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Cero
Nitrógeno
9,5
Cero
Nitrógeno
kg N/há/año
10
135
49 13
206
10
0
53
13
76
14 192
1
63
*Nitrógeno en carne, no se evaluaron pérdidas por volatilización, desnitrificación ni lixiviación
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este tema…
kg Nitrógeno / hectárea
Gráfico 2. Balance de Nitrógeno, Fertilización química y Eficiencia de
utililización del nitrógeno según nivel del intensificación.
300
25%
250
20%
200
15%
150
10%
100
5%
50
0
0%
Normal
Eficiencia
Nitrógeno
Reducido
Balance
A modo de conclusión…
El gráfico 2 recapitula el aporte por
la fertilización química y el Balance
de nitrógeno, expresado en kilogramos de nitrógeno/hectárea/año, y la
Eficiencia de utilización del nitrógeno, expresada como la relación porcentual entre las salidas de nitrógeno en producto animal y las entradas
totales de nitrógeno al sistema.
Los sistemas de producción ganadera en pastoreo directo son relativamente ineficientes en el uso de
nitrógeno, considerando la relación
entre el nitrógeno que sale del sistema en producto animal (es decir en
carne) y el nitrógeno que entra a los
sistemas.
Esta ineficiencia es intrínseca, inevitable, pero puede ser reducida en la
medida que se reduzca el aporte de
Eficiencia (Salidas/Entradas; %)
ción individual y por hectárea son similares, sin existir diferencias significativas;
ambos sistemas sí se diferencian significativamente del Cero Nitrógeno.
Estos resultados permitirían concluir
que se puede realizar una reducción de
un tercio de la fertilización nitrogenada,
esperando los mismos rendimientos de
carne por hectárea.
En el sistema más extensivo, la supresión de la fertilización y reducción
de dotación concomitante, redundaría
en mayores ganancias de peso individuales, pero menores rendimientos por
hectárea.
Desde el punto de vista del Balance
del nitrógeno (ver cuadro 3), los resultados obtenidos muestran que la fertilización nitrogenada es una de las mayores
entradas de nitrógeno a los sistemas,
representando el 73% de dichas entradas para el sistema Normal y 65% para
el sistema de Nitrógeno Reducido.
Para el sistema “Cero Nitrógeno” la
entrada relativa de nitrógeno por fijación
biológica de las leguminosas cobra mayor importancia al no existir fertilización
química. Para este sistema la fijación
biológica representa 70% de las entradas de nitrógeno, contra 19% y 24%
para los sistemas Normal y Nitrógeno
Reducido, respectivamente. Los Balances, propiamente dichos, son más favorables para el sistema Cero Nitrógeno,
mientras que los sistemas con fertilización química presentarían un exceso de
nitrógeno que potencialmente se podría
eliminar hacia el sistema en forma lavado (lixiviación) de nitratos, volatilización
de amonio o desnitrificación de nitrógeno gaseoso.
Cero
Nitrógeno
Fertilización
fertilización química a los sistemas.
El exceso de nitrógeno es asimismo
proporcional al nivel de fertilización
química, y su magnitud representa
un riesgo potencial de pérdidas de
nitrógeno hacia la atmósfera o a corrientes de agua superficiales y profundas.
Los sistemas analizados en este
estudio son ampliamente más intensivos que los sistemas criadores tradicionales de nuestro país.
Considerando las exigencias de
los consumidores de productos más
“naturales” y el interés general por
incentivar sistemas “respetuosos del
medioambiente”, nuestra producción
tendría ciertas ventajas comparativas
que pueden ser explotadas a la hora
de posicionar nuestra carne en mercados europeos.
Estos resultados forman parte de una investigación de tesis de Doctorado, donde se evaluaron
protocolos similares para invernada de novillos y vacas lecheras, publicándose artículos científicos que se podrán ver en las siguientes direcciones de Internet (en idioma francés e inglés):
http://217.167.235.86/html28/IMG/pdf/2000_systeme_07_dieguez.pdf
http://www.edpsciences.org/articles/animres/pdf/2001/04/dieguez.pdf
http://217.167.235.86/html28/IMG/pdf/2001_paturage_08_dieguez0001.pdf
http://www.afpf-asso.org/file.php?fichier=./documents/articles/articles/165-Dieguez.pdf&num=117
http://www.afpf-asso.org/main.php?url=./fourrages/articles/liste/acces.php&num=117
http://www.edpsciences.org/10.1051/animres:2006007
http://www.edpsciences.org/articles/animres/pdf/2006/02/z204101.pdf?access=ok